造紙廢水的混凝試驗研究

知識水壩（豆丁網(wǎng) pologoogle）傾心為您整理（雙擊刪除） 造紙廢水的混凝試驗研究 1 概述 造紙廢水中由于含有木質(zhì)素及其衍生物具有較高的色度和 COD，水處理中多采用鋁鹽混凝劑通過混凝沉淀加以凈化 12。混凝反應包括混合和絮凝兩個過程，影響這兩方面的因素很多，包括混凝劑的種類、混合速度、水質(zhì)特征等等。其中混凝劑的投加量、 pH 值影響著混凝反應進程和結(jié)果，也決定工程應用的基建與運行費用。本文就 pH 值和混凝劑投加量對造紙廢水混凝反應的影響進行研究，試圖揭示造紙廢水混凝反應的機理。 2 廢水來源 造紙廢水由齊齊哈爾造紙廠的木漿黑液稀釋而成。 PAC（聚合氯化鋁）和 PAM（聚丙烯酰胺）由哈爾濱市自來水三廠提供。攪拌器選用 DBJ-621 型定時變速攪拌機。 3 試驗方法 混凝方法參照文獻 3取 1000ml 水樣裝入燒杯中，定位在攪拌機上；把藥劑裝入試劑架的試管中，開動攪拌器在高速（ 120 200 r/min）攪拌 1min，加入 PAC，再攪拌 1min，若加入 PAM 在攪拌 30s 后加入，低速（ 20 40 r/min）下攪拌 20min，沉降 15min 后在清液的二分之一處取樣。按 GB/T 9724-88 標準方法分別測定 COD， pH 值。 4 pH 值對造紙廢 水混凝的影響 調(diào)節(jié)廢水的 pH 值分別為 4、 6、 7、 9 在每一個 pH 值下分別投加 60、 80、 100、 120、 140、 160mg/L PAC進行混凝試驗。得出在不同 pH 值下 PAC 不同投加量對造紙廢水 COD 去除率的影響。結(jié)果見圖 1。重復以上的試驗條件，同時加入 1mg/L 的 PAM，測得 COD 的去除情況，結(jié)果見圖 2。 知識水壩（豆丁網(wǎng) pologoogle）傾心為您整理（雙擊刪除） 如圖 1 所示，從總的趨勢上看，隨著 pH 值從低到高， COD 的去除率逐漸下降，明顯的特征是 pH 值為 4時各種投加量下 COD 去除率都在 40% 55%之間，說明此時投加量不是主要的影響因素， pH 值決定混凝結(jié)果。pH 值為 7 時，明顯的趨勢是隨著 PAC 投加量的增加， COD 去除率也在逐漸增加，此時投加量決定 COD 的去除率效果。 pH 值為 6 時在投加量由 100mg/L 增加到 120mg/L 時， COD 的去除率有一個明顯的突躍，繼續(xù)增加投加量時去除率又逐漸上升，在投加量為 160mg/L 時去除率達到最高，說明是 pH 值和投 加量共同作用的結(jié)果。 pH 值為 9 時 COD 去除率低而且不穩(wěn)定，說明 pH 值和投加量都不利于 COD 的去除。 圖 2 是在圖 1 的基礎上投加 PAM 的試驗結(jié)果。與圖 1 相比曲線趨勢上沒有大的變化，隨著投加量的增加 COD 去除率也隨之增加，不同的是 COD 的去除率普遍有所增加，曲線也變得平滑，突躍也消失。 pH 值為4 時的曲 線除了去除率普遍增加外，其余變化不大， COD 去除率介于 50% 70%之間。 pH 值在 6、 7、 9 范圍時 COD 去除率明顯的變化是，最低投加量與最高投加量 COD 去除率之間的差距縮小。分析可能是因為加入PAM 后，在已形成凝聚核基礎上，依靠 PAM 鏈狀大分子的聯(lián)帶、卷掃作用使小的顆粒和絮體迅速增長，同時吸附、卷掃網(wǎng)捕其它膠體和較小的顆粒物質(zhì)一起沉淀。所以初期只要投入凝聚劑可以使膠體脫穩(wěn)， PAM就可以發(fā)揮大分子的強大作用，加速混凝反應速度及處理效率。 5 投加量對造紙廢水混凝的影響 調(diào)節(jié)廢水的 pH 值在 4 9 之間，在下 分別投加 60、 80、 120、 160mg/L 的 PAC，測得 COD 去除率見圖 3。重復以上試驗，在投加 PAC 的同時投加 1mg/L 的 PAM，測得 COD 的去除率，結(jié)果見圖 4。 知識水壩（豆丁網(wǎng) pologoogle）傾心為您整理（雙擊刪除） 圖 3 中表示不同 pH 值下四種投加量與 COD 去除率之間的關(guān)系，從中可以看出，不同投加量下， COD 去除率隨著 pH 值的增加而降低，說 明低 pH 條件下有利于 COD 的去除， pH 值是決定木質(zhì)素混凝的主要因素。在投加量 160mg/L 時， pH 為 5 6 時 COD 去除率最大，說明在此 pH 條件下 PAC 的水解產(chǎn)物具有較強的混凝效果，當投加量達到規(guī)模時， COD 去除率就會有明顯的提高。 圖 4 中是在圖 3 反應的基礎上投加 PAM 的試驗結(jié)果。圖中可以發(fā) 現(xiàn)在投加 PAM 后， COD 去除率都有所增加，發(fā)現(xiàn)投加 PAM 后 pH 值在 5 6 時 COD 去除率出現(xiàn)了一個高峰，分析可能是在此 pH 時 PAC 水解產(chǎn)物與木質(zhì)素分子以及 PAM 之間具有較佳的結(jié)合方式。在實際工程應用中考慮基建投資、運行費用和后續(xù)處理的要求，選擇 pH 為 6.0，從圖中可以看出，當投加量為 80mg/L 時， COD 去除率可以達到 50%左右；投加量為120mg/L 時， COD 去除率可以達到 70%以上，所以完全可以根據(jù)需要確定 PAC 的投加量。 6 鋁鹽混凝劑處理造紙廢水的機理探討 6.1 造紙廢膠體水溶液的穩(wěn)定性 根據(jù) 分散相顆粒尺寸的大小，學者們將其分為粗分散系、膠體溶液和真溶液。根據(jù)膠體物質(zhì)與周圍介知識水壩（豆丁網(wǎng) pologoogle）傾心為您整理（雙擊刪除） 質(zhì)之間的結(jié)合關(guān)系，將膠體分散系分為憎液膠體和親液膠體兩類，憎液膠體稱為溶膠，親液膠體稱為高分子溶液或高分子分散系。并且提出高分子體系是介于真溶液和膠體溶液之間特殊的第四類。原因主要是：（ 1）膠體與溶液的親和力強，一般能自動溶解在水中，只是溶解速度比真溶液分子慢；（ 2）高分子溶液具有真溶液的特點溶解后聚合物與溶劑之間無明確界面，處于熱力學穩(wěn)定狀態(tài)；（ 3）高分子溶液是均相體系，丁達爾效應弱；（ 4）粘度大；（ 5）高分子溶液的性質(zhì)依 賴于分子量，區(qū)別于溶膠的性質(zhì)依賴于顆粒大小的特點；（ 6）高分子溶液的膠體顆粒與周圍介質(zhì)分子形成溶劑化外殼，區(qū)別于憎液膠體顆粒與溶劑之間形成的是雙電層結(jié)構(gòu) 4。 造紙廢水中含有的膠體物質(zhì)主要是木質(zhì)素和纖維素，其中木質(zhì)素分子是一種高分子聚合物，其分子量大小從幾百到幾百萬道爾頓，具有復雜的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其中原子之間以共價鍵相聯(lián)，網(wǎng)狀分子表面含有大量的負電荷離解性基團（羥基、羧基等）而具有一定的溶脹度和親水性。堿性條件下，這類離解性基團易于離解，并向溶劑伸展，使網(wǎng)狀高分子向三維空間發(fā)展，由于分子伸展引起的彈性收縮 力，阻止了溶劑分子的進入，同時，原子與溶劑分子之間相互作用形成溶劑化外殼，使分子的憎水部分保留在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的內(nèi)部，形成層次分明的木質(zhì)素分子結(jié)構(gòu)。由于溶劑化外殼的屏障作用，阻止了木質(zhì)素分子之間以及與其他顆粒分子之間的直接接觸，而使膠體具有一定的穩(wěn)定性 4。 造紙廢水中的纖維素分子主要是懸浮的短纖維，不溶于水，膠體顆粒與溶液之間具有明顯的界面，表面具有雙電層結(jié)構(gòu)，依靠顆粒的布朗運動達到動力學穩(wěn)定，依靠顆粒表面所帶電荷的斥力和范德華力而具有聚集穩(wěn)定性。關(guān)于雙電層結(jié)構(gòu)的混凝機理已經(jīng)很清楚，所以這里不在敘述。 6.2 鋁鹽在水中的水解 不同 pH 下鋁鹽在水中的水解狀態(tài)見表 1。從表中可以看出，低 pH 時鋁鹽水解的主要形態(tài)為單體和小分子的水合化合物，如 Al3+、 Al(OH)2+、 Al(OH) +2；中性范圍時多為多核水解產(chǎn)物，如 Al7(OH)4+17、 Al13(OH)5+34，并且以后者為主；高 pH 時為 Al(OH)3溶膠或 Al(OH)-4。 表 1 不同 pH 值時鋁鹽的水解產(chǎn)物 5 pH 3.75 3.75 pH 5.5 5.5 pH6.75 6.75 pH 7.75 7.75 pH 水解產(chǎn)物 Al3+、 Al(OH)2+、Al(OH) +2 Al7(OH)4+17、Al2(OH)4+2 Al13(OH)5+34 Al13(OH)5+34,出現(xiàn)多核聚集體或 Al(OH)3溶膠 Al(OH)3溶膠、Al(OH)-4 6.3 混凝機理的探討 從含木質(zhì)素的造紙廢水的酸析來看，酸析的主要原因是由于投加酸后，水中產(chǎn)生了大量的 H+， H+與木質(zhì)素離解產(chǎn)生的負電離解性基團相互中和，使顆粒的水化作用逐漸弱化，失去了溶劑化外殼，顆粒與分子之間出現(xiàn)明顯的界面，通過布朗運動顆粒間相互碰撞接觸形成絮體最后沉淀下來。 在上述實驗中， pH4 時投加量不是決定 COD 去除率的主要因素，主要因素是 pH 值。由于酸性條件下木質(zhì)素表面的水化作用開始減弱，分子上的負電荷離解性基團被 H+離子中和，木質(zhì)素分子表面開始裸露在水中。在 pH 值為 4 時，木質(zhì)素分子表面的水化作用進一步減弱，加入部分凝聚劑后，木質(zhì)素分子開始析出，此時 pH 值的作用遠遠大于加入混凝劑帶來的影響，混凝劑的加入具有啟動高分子物質(zhì)脫穩(wěn)或加速沉淀的作用。 4 pH 6 時是 pH 值和鋁鹽投加量都起作用，高去除率是二者共同作用的結(jié)果。分析原因可能是由于PAC 在 pH 值為 6 附近時主要的水 解產(chǎn)物是高分子的水解聚合陽離子，既有吸附又有中和作用，當投加量增加到一定值后表現(xiàn)較高的 COD 去除率。 6 pH 7 時，投加量決定著 COD 去除率； pH 7 時，相對于鋁鹽來說，對 COD 的去除沒有明顯的規(guī)律。主要因為在此條件下，混凝作用主要依靠 Al(OH)3溶膠，由于木質(zhì)素分子具有比 Al(OH)3更大的分子量，所以混凝效果差。 PAC 混凝后的絮體通過掃描電子顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)，鋁鹽水解產(chǎn)物絮體與鋁鹽與木質(zhì)素混凝沉淀的絮體相比小得多，也說明鋁鹽水解產(chǎn)物與木質(zhì)素的混凝作用中不同于其他混凝現(xiàn)象，當然本實驗還缺少一些分知識水壩（豆丁網(wǎng) pologoogle）傾心為您整理（雙擊刪除） 子水 平的證明手段，但是可以推測鋁鹽與木質(zhì)素的混凝機理：主要是由于在低 pH 值下 PAC 水解產(chǎn)物與木質(zhì)素分子上的負電荷離解性基團發(fā)生反應，使溶解態(tài)的木質(zhì)素分子失去水化作用，變成具有界面的憎液膠體，加上凝聚劑的混凝作用，最終沉淀下來。 pH 值條件為混凝反應的發(fā)生創(chuàng)造了可能，凝聚劑分子的混凝作用啟動了高分子脫穩(wěn)，凝聚核開始形成， PAM（聚丙烯酰胺）的加入強化了沉淀完成的速度和質(zhì)量。 7 結(jié)論 （ 1） pH 是影響木質(zhì)素混凝的主要因素，混凝劑的加入具有脫穩(wěn)作用。 （ 2） PAM 的加入能加速混凝反應的速度和混凝效果，具有 助凝作用。 （ 3）在實際應用中可以根據(jù)具體條件，選取 pH 和投加量共同作用的節(jié)點，這樣既可以減少運行費用，又可以達到較高的 COD 去除率。 （ 4）高分子溶液的混凝機理，首先由正電荷離子破壞其溶劑化外殼，使變成具有明顯界面的憎液膠體，然后依靠雙電層的中和作用最后沉淀下來。 感謝您的使用 “小萍，晚上 10 點以后你為什么老關(guān)機？ ”陳飛很直接的發(fā)過來一條這樣的疑問。 有些按捺不住心頭的怒火得力萍想起白天母親那無休止的嘮叨，在看看陳飛所發(fā)過來的令人氣憤的短信，。平日有著高雅素養(yǎng)的她也很難一下子控 制住心頭怒火中燒的情緒， “我忙忙碌碌一整天，下班以后我只想回家安安靜靜好好的睡一覺，沉沉香甜的睡夢中，我不想被外界的因素所打擾，這就是我下班以后回家立刻關(guān)機的原因。陳飛你問這話到底是什么意思？ ”氣憤填膺的李萍立刻回復著陳飛。 “我知道你白天為了飯店的生意勞碌不堪的，但是白天再累晚上下班以后也不至于回家就倒頭大睡呀，你難道沒有別的娛樂愛好嗎？ ”陳飛這個令李萍還在躊躇考驗的男人竟然還在不知深淺的試探著。 “什么娛樂項目？你難道說的是找一群人在一起花天酒地的吃喝？還是閑得無聊漫無目的的在大街上瞎溜達？還是醉醺醺的 在酒醉迷離中鬼哭狼嚎？陳飛，我告訴你，我沒有那多閑心和空閑的時間去干那些令人覺得無聊的事情 ”。看到陳飛竟然說出如此之話李萍徹底的被激怒了。 “小萍。我不是那個意思，你真的誤會我的意思了。我就是覺得你平日認識的朋友也是很多的，并且你也是非常的熱情好客的。既然你的交友圈子廣泛，晚上不至于就這樣按部就班的在家蒙頭大睡吧？ ”當一個男人表露內(nèi)心所想的時候，小肚雞腸或者說有點自私的男人本色也就顯露無疑。 “那晚上我不睡覺我能去干嘛？陳飛，你到底想對我說些什么，如果你真的想知道什么你就直接對我說，你又何必拐彎抹角的用話語 來傷人那？ ” “小萍，我說的真的不是那個意思，我就是隨便的問一句。你千萬別生氣，我真的沒有別的意思。 ”李萍的回復出乎陳飛意料，他覺得他的話令對方生氣了。 知識水壩（豆丁網(wǎng) pologoogle）傾心為您整理（雙擊刪除） “陳飛，我沒有生氣，我為什么要生氣？我可以拍著胸脯對天發(fā)誓，我沒干什么見不得人的事情。陳飛，我再告訴你一遍，以后不管白天你怎么發(fā)短信我都會全天開機，可是到了晚上我十點鐘準時關(guān)機，所以晚上 10 點以后你就別打我電話了。還有你覺得咱們有相處下去的必要，我就當什么都沒